劉云華

(中國地震局地質(zhì)研究所,北京 100029)

基于多源遙感的極震區(qū)破裂帶與數(shù)據(jù)平臺可視化研究

劉云華

(中國地震局地質(zhì)研究所,北京 100029)

地震是一種以力學(xué)運動為主體的自然現(xiàn)象。因此,測量并掌握地殼的力學(xué)狀態(tài)與力學(xué)運動,是地震學(xué)與地震預(yù)報研究中最為重要的基礎(chǔ)性工作。獲取大范圍的地表連續(xù)覆蓋的同震位移形變場圖像,并利用這些地表同震形變場來揭示震源破裂面的斷層位移和運動速率等的幾何學(xué)和運動學(xué)特征,對深入了解地震重復(fù)間隔、潛在震源區(qū)等問題,從而認(rèn)清地震應(yīng)力應(yīng)變的積累與釋放過程,具有重要意義。另外,震后地表實際破裂帶的分布及其性質(zhì)和特征,對于更好地理解地震破裂過程和破壞強度及評價周圍地區(qū)未來強震或強余震的危險性等都具有重要參考價值,且可以為地球物理解提供更好的約束條件。

從以往破壞性地震震例來看,發(fā)震活動斷層的地表破裂跡線決定了嚴(yán)重震災(zāi)帶的空間分布特征。汶川地震這一特征更加明顯,破壞最嚴(yán)重的極震區(qū)緊靠斷層,沿斷層走向分布。因此大地震發(fā)生后,如果能夠短時間內(nèi)獲得地表破裂帶分布情況,確定地表破裂跡線,也就能夠大致確定極震區(qū)的分布,為救援工作指明大的方向,這對于提高應(yīng)急救援工作的效率來說具有重要意義。

在汶川地震災(zāi)害發(fā)生后一系列的應(yīng)急響應(yīng)中,空間信息技術(shù)體現(xiàn)出了其巨大的輔助決策作用。其所使用的數(shù)據(jù)源、參與的單位之多,在以前的災(zāi)害應(yīng)用中是絕無僅有的。然而同時也必須承認(rèn),在這次抗震救災(zāi)中也暴露了一些需要我們認(rèn)真對待和切實加以解決的空間信息應(yīng)急響應(yīng)的重要問題,比如在對地觀測數(shù)據(jù)及時獲取、數(shù)據(jù)技術(shù)處理及信息提取、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)等方面都需進一步提高,這也是本文的選題背景,通過這些方面的研究,提高遙感影像災(zāi)害提取與分析能力,使空間信息技術(shù)能夠成為制定地震次生災(zāi)害防御和救治方案的可靠技術(shù)保障。本文利用空間信息技術(shù)獲取了地震形變場及地表破裂帶,研究了地表破裂與震害程度之間的關(guān)系,據(jù)此判定極震區(qū)的大致分布,并建立了三維數(shù)據(jù)管理平臺及展示系統(tǒng)。主要工作可總結(jié)為以下幾點:

(1)將利用光學(xué)影像的相位相關(guān)偏移量算法引入到獲取地震形變場中,并以汶川地震為例,獲得了什邡及茂縣地區(qū)的水平位移形變場,結(jié)果顯示龍門山斷裂帶上至少兩條斷裂同時發(fā)生破裂,形成了主要地表破裂帶(龍門山鎮(zhèn)—高川破裂帶)和次級地表破裂帶(漢旺破裂帶),沿龍門山鎮(zhèn)—高川破裂帶平均位移量為4～6m,在高川附近伴隨的平均右旋水平位移為1～3m;漢旺破裂帶因逆沖導(dǎo)致水平縮短,平均位移量一般為1～2m,與野外調(diào)查數(shù)據(jù)相吻合。

(2)以ALOS衛(wèi)星PALSAR影像為數(shù)據(jù)源,采用強度圖像偏移量方法獲得的整個汶川地震地表二維形變場顯示,整個映秀—北川地表破裂帶全長約240km,從西南端的虹口往北東方向一直延伸到青川縣附近,虹口及北川縣城所在地為兩個形變量最大區(qū)域,偏移量可達4～6m,局部更是達到了6～8m。在高川鄉(xiāng)附近出現(xiàn)一斜列拉分階區(qū),寬約8～10km。在映秀—北川斷層的地表破裂跡線南側(cè)約12km處還有一條漢旺—白鹿次級破裂帶,從漩口鎮(zhèn)一直延伸到秀水鎮(zhèn),長度大約100km,在白鹿附近形變量較大,可達3～4m。另外在小魚洞附近可見一個NW走向、長寬約10km×5km、形變幅度達3～4m的連接以上兩條破裂帶的地表破裂帶,性質(zhì)為逆沖兼具左旋走滑。

(3)實現(xiàn)了在D-InSAR近場形變場無值區(qū)使用偏移量形變場插值填補,修補后的形變場所反映的信息比之前的單個形變場信息更加豐富,顯示有分別以虹口和北川擂鼓鎮(zhèn)為中心的兩個形變極值區(qū),表明汶川地震破裂過程的復(fù)雜性。充分發(fā)揮了D-InSAR形變場精確度高及偏移量法近場形變場穩(wěn)定的優(yōu)勢,使兩種觀測手段優(yōu)勢互補,構(gòu)建更為真實的斷層模型,進而對汶川地震的復(fù)雜破裂過程有更深入的了解。

(4)以汶川地震及玉樹地震為例,研究了震害程度與地表破裂帶之間的關(guān)系。玉樹地震結(jié)果顯示,斷裂帶正好從縣城西南部穿過,損毀最嚴(yán)重的幾個區(qū)域離斷裂帶不過千米,根據(jù)偏移量圖可知斷層兩盤在這一帶的相對錯動量可達1m,地震重災(zāi)帶分布形態(tài)明顯受斷層跡線幾何結(jié)構(gòu)控制,在州政府西南山坡下斷裂帶走向有一轉(zhuǎn)折,重災(zāi)帶分布也隨之向東南方向擴展。汶川地震地表破裂帶規(guī)模更大,沿地表破裂帶破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象更加明顯,極震區(qū)以汶川縣映秀鎮(zhèn)和北川縣縣城為兩個中心呈長條狀分布,沿同震斷裂帶及兩側(cè)(特別是上盤)房屋倒塌、山體崩塌、滑坡、泥石流及堰塞湖等災(zāi)害成帶、成片發(fā)育。

(5)數(shù)據(jù)是遙感地震應(yīng)急的關(guān)鍵。為此,基于OpenGL搭建了三維可視化數(shù)據(jù)管理平臺,在此系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)了對海量遙感數(shù)據(jù)的可視化管理以及地震專題成果的三維可視化展示,使得空間信息技術(shù)能夠在災(zāi)害應(yīng)急救援中充分發(fā)揮作用。

研究表明,基于遙感技術(shù)的地震形變場獲取能夠反映形變場的整體分布趨勢,確定地表破裂帶的位置,據(jù)此可以大致判定極震區(qū)的分布。相比野外調(diào)查而言,遙感技術(shù)以其覆蓋范圍廣、不受地面條件限制等獨特優(yōu)勢,成為野外實地測量的有益補充。

亞像素相位相關(guān);偏移量;汶川地震;地表破裂帶;極震區(qū);三維可視化

(作者電子信箱,劉云華:cherishing@56.com)

P315.2;P315.61;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.05.010